Точка Замерзания и с чем её едят

Меня попросили сделать небольшой, скажем так, «научно-политический» обзор по точке замерзания молока, ну или правильнее по изменению точки замерзания молока, (как только этот показатель не называют в сети), далее просто ТЗ. У этого показателя долгая и запутанная предыстория и такие же нынешние трактовки. Давайте рассмотрим, как «политические» (смысл, цели, маркетинг) так и «научные» (теория, вариации, расчёты) аспекты этого весьма любопытного показателя.

Выводы, к которым следует прийти:

  • Определение погрешности измерения Точки Замерзания без установленной погрешности измерения солей и лактозы бессмысленно.
  • Только Анализатор «УЛИКОР» в исполнении «КЛЕВЕР-2М» в состоянии произвести грамотный расчёт точки замерзания.
  • Точка замерзания относиться к добавленной воде весьма относительно.
  • Действительная точка замерзания определяется Криоскопом.

Итак, начнем.

1.Введение. Общепринято считать, что ТЗ — это физиологическая константа, которая характеризует натуральность коровьего молока. Рассматривать биологические причины «константности», осмотическое давление молока\крови животного и прочие тонкости, мы не будет, просто констатируем, что причины есть. Контроль Т З позволяет определить некие параметры состава молока и как следствие здоровье животного. Это правильно. Но тут следует сказать, что такой контроль подразумевает, что состав молока при этом не контролируется другими способами, если же ведется планомерный и полный мониторинг сырья более точными и информативными методами, то целесообразность дополнительного контроля ТЗ теряется. Ну и есть еще непонятно кем придуманная и затем монетизировнная «идея», что контроль ТЗ позволяет установить фальсификацию молока и в частности разбавление его водой (Показатель «Добавленная вода»).

2.Теория. От чего зависит точка замерзания. Из школьного курса химии известно, что ТЗ любой жидкости зависит от молярной массы растворенных в ней соединений и криоскопической постоянной растворителя. Для сырого молока это в первую очередь растворенные в воде (плазме) нативная лактоза и соли, если какое либо соединение не было растворено умышленно для, скажем так, неких «специфических» целей. Общую формулу дает нам второй закон Рауля, который даже «эффективные менеджеры» отменить пока не в силах.

∆Тзам = Кт . сm,

где сm — моляльная концентрация вещества, Кт — криоскопическая постоянная, для воды Кт = 1,86.

Таким образом ТЗ для молока можно установить с достаточной точностью исходя из содержания лактозы\ солей и общей массы (%) сухих веществ в молоке (или массы (%) воды). Факторы, которые зачастую называют причинами изменения ТЗ как-то рацион кормления, сезонность, стадии лактации, порода животного и т. д. по сути являются опосредованными, поскольку они фактически меняют не ТЗ, а лактозно-солевой состав, который и определят ТЗ. Факторы и минорные компоненты которые могут реально оказать влияние на значения ТЗ известны, об этом далее.

3.Измерения. Исходя из вышеизложенного прейдем к вопросу как корректно измерить ТЗ. Формально в соответствии с указанным Законом для это нужно знать молярное содержание всех компонентов плазмы молока, причем если, к примеру, влияние галактозы на ТЗ сопоставимо с лактозой поэтому достаточно знать общую сумму углеводов, то относительный молярный состав солей в молоке и особенно соотношение одновалентных и двух валентных может критично менять ТЗ, для учета таких особенностей существует поправочный (изотонический) коэффициент Вант-Гоффа (i), тогда формула приобретает следующий вид.

∆Тзам = i . Кт . сm

где, i — степень диссоциации электролита, с учетом количества образующихся ионов

Использование неких средних значений относительного состава солей приведет к значительным ошибкам. Также из формул следует, что соли, влияющие на ТЗ должны, находится в виде истинного раствора, соли, связанные с белковыми и жировыми агрегатами, не будут участвовать в расчёте, поэтому применение для расчета ТЗ молока данных по содержанию золы (%) или общему элементному составу не совсем корректно.

Можно еще рассмотреть дополнительное влияние компонентов не указных выше, обычно в этом случае упоминается углекислый газ (содержание которого зависит от многих факторов), кислотность (при скисании молока) и абсолютные значения жира и белка (в контексте их сорбционных свойств и связывания растворенных в плазме солевых соединений). Общепринято пренебрегать таким влиянием, но то, что перечисленные факторы влияют и могут привнести ошибку, следует помнить. Ну и отдельная проблема — это ТЗ термообработанного молока, честно говоря я не знаю, как в рамках данного текста описать эту проблему, там все очень сложно и непонятно, проще сказать, что для термообработанного молока ТЗ не существует, как не существует ее для обрата или сливок, хотя фактически конечно она есть. С другой стороны, как говорится нет показателя — нет проблемы.

Теперь как это работает в анализаторе молока. Сообразно сказанному выше для определения ТЗ с установленной точностью прибор обязан определять в молоке содержание лактозы и солей с этой самой установленной точностью. Если такой возможности нет, говорить об измерении ТЗ не приходится. К примеру, анализатор Клевер-2М в Режиме 2 имеет такую возможность, никакого особого секрета нет, формула по которой рассчитана и установлена погрешность такого измерения в явном виде указана в Методике Измерения. К сожалению, это единственный пример, в котором алогоритм и формулы расчета приведены в явном виде открыто и честно, указаны все ограничения и применения таких измерений. К примеру, честно указывается, что в Режиме 1, в котором анализатор не измеряет лактозу и соли, нет и ТЗ. Гипотетически можно конечно представить, что на аналогичных молочных анализаторах измерить ТЗ можно каким-то другим способом, но лично нам и производителем аналогичных приборов о таком способе неизвестно, если он есть зачем это скрывать? По всему сведения от таких «способАх» обычно находятся глубоко в мыслях не совсем порядочных продавцов и маркетологов, и как следствие возникают «политические» вопросы.

«Политические» вопросы. Маркетинг — это по определению когнитивное искажения нашего сознания, у продавцов такая работа, их можно понять и простить. Но давайте попробуем их уловки и хитрости назвать некими «допущениями» и посмотреть на них хотя бы с околонаучной точки зрения. К примеру, есть мнение, что плотность молока можно вполне точно и достоверно определить исходя из содержания жира и СОМО, в таком определении есть некие допущения (как и для ТЗ, см. выше), связанные с относительным составом СОМО, растворенными в молоке газами, размерами жировых шариков и белковых мицелл), но все подобные допущения вполне обоснованы и вносят минорные ошибки на фоне общей. В целом это работает и действительно молочники этим пользуются, формулы расчёта плотности приведены в литературе, во вполне себе серьезных изданиях. Но тогда, по мнению наших маркетологов, такой же «финт» можно провести, к примеру, с нахожденим концентраций солей и лактозы просто умножая измеренное значение СОМО на волшебный коэффициент. Причем многие производители не скрывают их (коэффициентов) значение, к примеру, для молочных анализаторов «Лактоскан» производства болгарской Компаниии «Милктроник» в явном виде указано для лактозы значение 0,55, для солей 0,083. Тогда любой мало-мальски грамотный маркетолог, обязательно сделает допущение, что так как диапазон содержания лактозы в цельном молоке находится в крайне узком (4,3−4,7%) диапазоне, можно задекларировать измерение лактозы «расчетно-маркетинговым» путем и получить результат вполне в рамках декларируемой погрешности (0,2%) поскольку содержание лактозы с большой достоверностью и вероятностью «впишется» в значение 4,5 +\-0,2%. Ура! мы измерили лактозу, к пуговицам претензии есть? Ну, а особо продвинутые маркетологи умудряются подобным «измерениям» придать и официальный статус (см. таблицу). Ну и далее, «зная» такую лактозу и такие же соли, измеряем такую же ТЗ. В целом насколько подобные допущения легитимны, полагаю следует оставить на усмотрение читателя, определять скорость ветра по наклону деревьев, наверное, тоже можно, но повторимся здесь вопрос именно в допущениях, способах их подачи и трактовки.

Ну и, если пытливый читатель захочет реально проверить достоверность подобных «псевдо» измерений и наличие в приборе «волшебного коэффициента» расчета, он всегда может добавить в молоко некое точное значение лактозы и посмотреть, что получится в результате.

Каким образом для УЗ-анализаторов молока при утвреждении их типа Средств Измерений регламентируется измерение ТЗ и устанавливается погрешность такого измерения, остается только догадываться, тем ни менее что имеем то имеем (см. еще раз таблицу). Каким образом возможность и корректность такого измерения подтверждается в дальнейшем, и в том числе при проведении поверки СИ, тоже остается за кадром, хотя формально любой пытливый пользователь может после успешного проведния поверки запросить протокол ее проведения, где должно быть указано, каким образом и на каком основании была установлена правильность измерения ТЗ. В довершение отметим, что все сказанное выше можно отнести к любому другому, не обязательно ультразвуковому прибору. Причем, как правило, производители ведут себя намного честнее продавцов, к примеру, на официальном сайте такого известного производителя как ФОСС-электрик, ТЗ указана как индикативная опция, использование которой рекомендуется только в комплекте с датчиком УЭП, которым оснащены последние модели. Каким образом при пресечении границы РФ эта информация теряется, остается загадкой, как, впрочем, и планируемые «внесения» ТЗ в стандартизированную методику (ГОСТ) для ИК-спектроскопии.

Ну и что бы читатель не счел наши рассуждения излишне оппортунистическими, сошлемся на исследования ТЗ выполненные лет «цать» назад на базе нашего профильного молочного института. Досталось там всем и ультразуковым и инфракрасным приборам. Цитируем выводы:

Экспресс-анализаторы, применяемые для измерений физико-химических показателей, в том числе точки замерзания, … не могут быть рекомендованы для измерения температуры замерзания молока…, так как они основаны на математическом обсчете содержания массовой доли лактозы в молоке («MilkoSkan Minor», AKM -98)

Полностью можно ознакомится по ссылке. Читаем, но не забываем про все указанные выше допущения.

http://osmometer.ru/articles/article3.htm

Аппендикс. Про добавленную воду через ТЗ. Тут все просто — есть примерный расчет, что добавление 1% воды вызывает увеличение температуры замерзания молокана 0,006°C. Далее нехитрым умножением можно рассчитать «добавленную» воду. Но при этом и содержание всех компонентов молока тоже уменьшается на тот же процент, поэтому многие производители приборов используют для расчета добавленной воды СОМО, хотя возможно через ТЗ как-то более солидно что ли, не знаю… Ну и естественно, рассчитанная таким образом «вода», не имеет никакого отношения к физическому добавлению воды с целью фальсификации, по той простой причине, что для такого расчета необходимо знать первоначальный состав (или ТЗ) молока до фальсификации. Каким способом это узнать у «фальсификатора» непонятно, кроме утюга и паяльника вот так сразу в голову ничего не приходит.

Выводы. Ну и в качестве выводов подчеркнем, что ООО НПП БИОМЕР всегда придерживался здравомыслящей позиции, что гвозди нужно забивать молотком, самая правильная ТЗ определяется криоскопом, как положено по ее определению и по смыслу. Для любого самого хитрого показателя всегда найдется своя методика, и даже для совсем спорных и нетривиальных показателей вроде «добавленной воды». Просто следует применить методику, которая разработана и предназначена именно для определения добавленной воды, то что Вам она неизвестна, не означает, что ее нет.